“快乐”植棉:棉花轻简化栽培技术在全国“落地生根”——来自山东棉花研究中心的创新报告

金秋十月,瓜果飘香的季节,但10月17日上午在山东省无棣县西小王镇却出现了“瑞雪兆丰年”的奇特景象:一望无垠的棉田,朵朵洁白的棉絮挂满枝头,在阳光下发出耀眼的光芒,远远望去,犹如刚刚下过一场“鹅毛大雪”。此情此景,让前来参加“全国棉花生产全程机械化推进活动”的农业专家和植棉大户们赞叹不已。随着一台台采棉机开进棉田,“白雪”消失殆尽,留下了恰似一条条干净马路的轨迹。这次机械采棉活动,充分展示了黄河流域棉花全程轻简化生产的最高水平。

这片如同“雪野”的棉田,是山东棉花研究中心在该镇建设的棉花轻简化生产示范基地。记者了解到,这个基地全面采用了该中心制定的棉花轻简化栽培技术规程,包括精量浅播、合理密植、一次施肥、简化整枝、集中成铃、脱叶催熟等关键技术。“除比传统种植略有增产外,每亩地实际用工仅6个,这比传统种植用工一下子减少了18个!它轻便简捷,节本增效,把棉农从传统繁琐的植棉程序里真正解脱出来,使我从中体验了植棉的快乐!”基地棉田的主人、曾饱受种棉辛苦的陈斌难掩内心的激动。

大幅度减少用工,让棉农感受植棉的快乐,实现节本增效,则正是棉花轻简化栽培技术创新团队开展这项技术研究的初衷与理念。

2007年以来,在公益性行业(农业)科研专项和国家现代农业产业技术体系、山东省农业科学院创新工程等项目的支持下,山东棉花研究中心联合新疆农业科学院经济作物研究所、石河子大学和安徽省农业科学院经济作物研究所等单位组成创新团队,针对棉花“种、管、收”诸环节轻简化的技术瓶颈,以轻简省工、节本增效为目标,按照简化管理工序、减少作业次数、农机农艺融合的总体思路,突破轻简化植棉的关键技术,建立了棉花轻简化栽培技术体系,被农业部列入国家主推技术,在黄河流域、长江流域和西北内陆棉区得到广泛推广应用,创造了平均省工28.3%、减少物化投入8.2%、增产5.5%的显著成效。截至目前,该技术已累计推广1亿多亩,新增经济效益达190多亿元,并摘得农业部中华农业科技奖一等奖和山东省科技进步一等奖的桂冠。

在今年3月举行的全国棉花轻简化生产技术交流会上,来自国内棉花界的同行专家一致认为,该技术找准了我国棉花生产中存在的突出问题和农民迫切需求,具有很强的针对性、先进性和实用性,不仅显著提升了我国棉花栽培科技水平,也为整个棉花产业的可持续健康发展发挥了重要的引领作用。中国农学会组织以中国工程院院士张洪程教授为组长的11人专家组,在此前对“棉花轻简化丰产栽培关键技术与区域化应用”成果进行评价时表示,该成果总体达到国际先进水平。

不仅如此,这项技术在全国的成功应用,也让院士们为之振奋。我国棉花权威、中国工程院院士喻树迅认为:“它突破了轻简植棉的关键技术并阐明了相关理论机制,为促进我国棉花产业转型升级、节本增效发挥了重大作用。”作物栽培专家于振文院士认为:“它开创出适合中国国情的轻简化植棉新路子,为我国棉花生产从传统劳动密集型向轻简节本型转变提供了坚实的理论与技术支撑。”棉花生产机械化专家陈学庚院士认为:“它是我国棉花栽培技术领域的重大突破和创新。”

无疑,“快乐”植棉的背后,是这项可操作性强、适应性好的现代植棉技术体系在做支撑。这项既“接地气”又“含金量”极高的轻简化技术是如何“炼”成的?记者日前专程采访了国家农业产业化体系岗位科学家、山东棉花研究中心主任董合忠研究员。

作为该技术创新团队的带头人,董合忠是我国棉花轻简化栽培技术的主要研制者。记者了解到,董合忠还是国际棉花学会(ICRA)执委、国家农业部棉花专家指导组成员,作为主要完成人曾荣获四项国家科技进步二等奖。但记者眼前这位棉花专家,憨厚、朴实、热情、豁达,犹如一位邻家大哥,说起话来更是理性中带着激昂与干脆,一如他实施的“棉花轻简化”,使人感到既简洁有力又通俗易懂,让记者不经意间已走进了棉花轻简化栽培技术研发的心路历程。

传统复杂繁琐的植棉方式已不再适用当前国情,时代呼唤“轻简化”栽培技术的诞生

为什么要研究棉花轻简化栽培技术?这还要从时代的背景说起。

“新中国成立以来,面对人多地少和原棉消费量不断增长的实际需求,如何让棉花夺取高产,成了当时我国棉花科技工作者的主要攻关目标。”据董合忠介绍,我国几代棉花科学家经过近半个世纪的研究与实践,建立了以精耕细作为核心的棉花高产栽培技术体系及其理论体系。“毋庸置疑,这两个体系的建立,为我国奠定世界第一产棉大国地位作出了重要贡献。”

但进入21世纪以来,这个一直依赖于精耕细作的高产栽培技术体系却遭到了前所未有的严峻挑战。

“概括起来无外乎有三方面原因。”董合忠向记者分析,一是过去由于我国农村劳动力多、人工成本低廉,适宜对棉花进行精细化管理,也就形成了繁琐、复杂的棉花精耕细作技术。“前后包括40多道工序,每公顷用工300多个,费工费时,是粮食作物的3倍。”但随着时代的飞跃发展,人们生活条件的大幅提高,繁杂的植棉程序成为令棉农烦恼的“苦差事”,植棉的积极性大为减弱。

另一方面,随着城市化进程日益加快,我国农村劳动力数量和质量均发生了巨大变化。“劳动力的数量骤减、人工成本的大幅提高,谁还愿意来种棉?这显然是摆在眼前并亟待解决的现实问题。”

第三个原因就是,以高产为目标的生产技术由于过分依赖高投入,随着化肥、农药、农膜的大量使用,不仅地越种越薄,而且带来了严重的面源污染,让资源环境亮起了“红灯”。传统的种植模式虽然产量不低,但品质却没有同步提升,导致棉花的市场竞争力逐年下降。“由于价格持续低迷,种棉不挣钱,也挫伤了棉农的种植积极性。”

这些现实,均验证了传统复杂的棉花栽培技术已不再适用当前国情。如何加快转变棉花栽培方式,从依靠拼劳动力投入、拼资源消耗、拼农资和拼生态环境的精耕细作中“挣脱”出来,则是棉花专家们形成的共识。

“想实现这一系列重大转变,就要在吸收借鉴传统精耕细作技术精华的基础上进行创新改造,对‘种、管、收’全过程进行一次不亚于颠覆性的‘革命’,探索出适合我国新时代需求的植棉关键技术。在此理念下,我们提出了全方位研究棉花轻简化栽培技术的思路。”董合忠如是说。

“在美国,植棉全程采用机械化,平均每亩地只用一个工。”这让曾到美国参观考察植棉技术的董合忠的确感到了震撼。“要知道,我国传统的植棉花技术平均每亩地要20个工,多的达35个,是小麦、玉米两季加起来的两倍。”

虽被震撼,但董合忠却依然保持着一个中国棉花专家的清醒:“美国、澳大利亚等发达国家实施的棉花全程机械化,是因为有着高度的规模化和标准化做基础,而我国的国情与此明显不一样。”

据介绍,除新疆建设兵团接近美国规模化植棉外,我国绝大多数地方主要还是一家一户分散种植,沿用的也一直是精耕细作模式,再加上种植制度多样化,不少地方还有一年两熟甚至多熟的间作套种。“尽管全程机械化极有可能是我国未来棉花生产的重要目标,但在相当长的一个时期内,还难以全面实施国外的这种先进模式。”

在董合忠看来:“只有因地制宜,按照现有条件和基础,走符合中国国情的轻简化植棉路子才有前途。”

何为“轻简化”?董合忠和创新团队对其内涵有着深刻而统一的认识:“轻”是机械代替人工,减轻劳动强度;“简”是减少作业环节和次数,简化种植管理;“化”则是农机与农艺融合、良种良法配套的过程。

董合忠认为,“轻简化栽培是简化种植管理工序、减少作业次数,农机农艺融合,实现棉花生产轻便简捷、节本增效的新型栽培技术体系”。至此,一条科学合理的棉花轻简化栽培路线图已清晰地呈现在创新团队面前,不仅指明了方向,也明确了主攻目标。

掌握单粒浅位精播壮苗机制,一播全苗技术成为棉花种植史上的一大进步

“棉花是大粒种子类型,适合单粒精确播种,对实现棉花轻简化栽培具有举足轻重的作用。”创新团队首先将目光聚焦到棉花单粒精确播种上。

“在过去,棉种质量远没有现在的好,棉农总担心会出苗不全,往往都是采用大量播种或足量播种,一亩地要播上8~10斤种子。1斤种子约有5000粒,5万粒种子出苗即使按70%来算,仍可出苗3万多棵。”据董合忠介绍,一亩地在新疆实际需要10000~15000棵苗、在内地仅需3000~5000棵苗。多出的棉苗就需要不断疏苗、间苗和定苗,不仅费工费时,还严重浪费种子,造成植棉成本的提高。

在攻关研究中,创新团队有了新发现:单粒浅播的种子在萌发出苗时,由于受到的机械压力较大,会产生较多乙烯,促进了棉苗弯钩形成关键基因HLS1和COP1的上调表达。

“这不仅有利于弯钩及时形成,并顶土出苗和脱掉种壳,而且在出苗后由于每株苗皆有独立的生长空间,会更敦实,相比较发病率也低,更易成苗壮苗。”董合忠告诉记者,正是这个发现,为他们实施单粒精播提供了充分的理论依据。

棉花精量播种是一个系统工程,要实现单粒精确播种,达到一播全苗的要求,离不开物质和技术的支撑。科研团队按照“良种+良法”的思路,先优化了种子加工工艺,生产出优质种子,精细整地,合理株行距配置,然后实施机械播种,一个由每穴一粒、适当浅播为核心的棉花精播技术就此形成。

据董合忠介绍,目前在西北内陆棉区,该技术与宽膜覆盖、边行内移、适时适量膜下滴灌调控种子周围的温度、墒情和盐碱度相结合,省去了放苗定苗环节,确保了稳健基础群体的构建;在黄河流域棉区,通过与中膜覆盖、肥药随施相结合,确保全苗壮苗并省去了间苗定苗工序,苗弱、死苗等问题也迎刃而解。无论是西北内陆棉区,还是黄河流域棉区,采用精量播种机已能够一次性完成地面平整、铺膜、单粒播种、种肥随施、覆土、喷除草剂等一条龙作业任务。“单粒精准播种技术是常规农业生产向现代农业发展的必然趋势。如此多的工序,被精量播种机一气呵成,可见机械化水平的提升,已成为实施棉花轻简栽培的有力保障。”

记者了解到,采用单粒精准播种,每公顷可节约种子成本达150~200元,同时将播种效率提高了81.1%,省去了疏苗、间苗、定苗等三个繁杂的工序,由此节省的劳动力和减少的用工成本显而易见。单粒浅位精播及配套技术的成功应用,被业界专家誉为棉花种植史上的一大进步。

只需一次施肥,轻简化肥水高效运筹技术被成功突破

目前,我国棉花生产对肥料的使用非常依赖。以氮肥为例,如黄河流域在传统的棉花生产中,使用一般分为底肥、苗蕾肥、初花肥、盖顶肥等。“尤其是到了棉花枝繁叶茂的花铃期,施肥是一件很令棉农头疼的事,如果施肥不当还容易烧苗,造成大面积减产。”在董合忠的眼里,解决繁琐的施肥,是棉花轻简化栽培中绕不开的关键环节。

“既要实现轻简化,又要达到科学施肥,首先必须摸清棉花在生长发育过程中对营养的吸收利用规律。”创新团队在跟踪研究中发现:棉花对底施速效N肥的吸收比例最小而对初花期N肥的利用效率最高。减施底肥N、增施初花肥N,或底施专用缓控释N肥能提高肥效。底施速效N肥侧重供应棉花营养生长,花铃期N肥主要供应生殖生长;随施N量增加,供应蕾花铃的比例下降,而供应叶枝和赘芽的比例上升。这些规律的发现为简化施肥提供了理论支撑。

采取“减施底肥、增施初花肥”是创新团队拿出的初步对策。虽然这样的两次施肥策略已经比较简化,但仍然需要在花铃期追肥,还有进一步简化的潜力。为此,他们研制出养分释放与棉花养分吸收相同步的新型专用缓控释肥配方,并制定了一次基施的技术规范,不仅大幅度提高了肥料利用率,更减少了施肥次数,还有效控制了叶枝和赘芽生长,可谓一举多得。

董合忠告诉记者,当前长江流域棉区采用该技术已实现了一次基施缓控释肥,个别情况下“一基一追”。在黄河流域棉区,采用一次性基施缓控释肥、种肥同播。“在播种时深施行下,只需一次施肥,即可满足棉花生长生育的全过程要求。这比传统方式可减少肥料用量达10%以上,肥料利用效显著提高。”

棉花适应分区灌溉生理学机制被创新团队揭示,精准灌溉“水到渠成”

我国是世界上淡水严重缺乏的国家。如何实现既少用水,又能满足棉花的生长需求?这就需要在提高灌溉水利用率上做文章。“一项好的灌水技术不仅要达到简化、省工、节水、节能的效果,还要增产增收,至少不能减产降质。”董合忠对节水灌溉有着准确的定位。

创新团队在节水灌溉研究实践中发现,西北内陆棉区灌水量比传统饱和灌溉减少20%的情况下,采用分区滴灌的棉花

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